WaitForSingleObject 和 EnterCriticalSection 效率比较

Microsoft Windows 平台中两种最常用的锁定方法为 WaitForSingleObject 和 EnterCriticalSection。WaitForSingleObject 是一个过载 Microsoft API，可用于检查和修改许多不同对象（如事件、作业、互斥体、进程、信号、线程或计时器）的状态。WaitForSingleObject 的一个不足之处是它会始终获取内核的锁定，因此无论是否获得锁定，它都会进入特权模式 (环路 0)。此 API 还进入 Windows 内核，即使指定的超时为 0，亦如此。此锁定方法的另一不足之处在于，它一次只能处理 64 个尝试对某个对象进行锁定的线程。WaitForSingleObject 的优点是它可以全局进行处理，这使得此 API 能够用于进程间的同步。它还具有为操作系统提供锁定对象信息的优势，从而可以实现公平性及优先级倒置。

通过对关键代码段实施 EnterCriticalSection 和 LeaveCriticalSection API 调用，可以使用 EnterCriticalSection。此 API 具有 WaitForSingleObject 所不具备的优点，因为只有存在锁定争用时，才会进入内核。如果不存在锁定争用，则此 API 会获取用户空间锁定，并且在未进入特权模式的情况下返回。如果存在争用，则此 API 在内核中所采用的路径将与 WaitForSingleObject 极其相似。在低争用的情况下，由于 EnterCriticalSection 不进入内核，因此锁定开销非常低。

不足之处是 EnterCriticalSection 无法进行全局处理，因此无法为线程获取锁定的顺序提供任何保证。EnterCriticalSection 是一种阻塞调用，意味着只有线程获得对此关键区段的访问权限时，该调用才会返回。Windows 引入了 TryEnterCriticalSection，TryEnterCriticalSection 是一种非阻塞调用，无论获得锁定与否都会立即返回。此外，EnterCriticalSection 还允许开发人员使用自旋计数对关键区段进行初始化，在回退前线程会按此自旋计数尝试获取锁定。通过使用 API InitializeCriticalSectionAndSpinCount，完成初始化。自旋计数可以在此调用中进行设置，也可以在注册表中进行设置，以根据不同操作系统及其相应的线程量程对自旋进行更改。

如果存在锁定争用，则 EnterCriticalSection 和 WaitForSingleObject 都会进入内核。如果实现程度过高，从用户模式到特权模式的转换开销将会非常大。

EnterCriticalSection 和 WaitForSingleObject API 调用在对使用数千个周期的运算进行锁定时，通常不会影响性能。在这些情况下，锁定调用本身的开销不会如此突出。会导致性能降低的情况是粒度锁定，获得和释放此锁定要花费数百个周期。在这些情况下，使用用户级别锁定则非常有益。

为了说明在低争用的情况下 WaitForSingleObject 调用与 EnterCriticalSection 调用的开销情况，我们分别在 1 个和 2 个线程上运行了内存管理锁定内核。在低争用的情况下，存在加速比 (WaitForSingleObject_Time / EnterCriticalSection_Time) 大约为 5 倍的性能之差。在 2 个线程持续争用的情况下，使用 EnterCriticalSection 和使用 WaitForSingleObject 之间的差别最小。在低争用的情况下存在性能差距的原因如下：WaitForSingleObject 在每次调用时都进入内核，而 EnterCriticalSection 只有当存在锁定争用时，才进入内核。